ПАВ как загрязнители окружающей среды и методы их определения
Классификация, основные ПАВ и их применение. Образование пены на берегу реки, особенности и преимущества применения спектрофотометрического метода. Метод определения пенообразующих характеристик. Неионогенные ПАВ, описание хроматограммы различных ПАВ.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.11.2021 |
| Размер файла | 660,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Химический институт им. А.М. Бутлерова
КАФЕДРА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Специальность: 04.05.01 - Фундаментальная и прикладная химия
Специализация: Органическая химия
Реферат
ПАВ как загрязнители окружающей среды и методы их определения
Харюшин Иван Владимирович
Оглавление
- Введение
- Классификация, основные ПАВ, их применение
- ПАВ в роли загрязнителей
- Определение ПАВ
- Вывод
- Список литературы
Введение
В настоящее время ПАВ имеют широкое распространение во всех сферах человеческой деятельности, данный тип веществ проник всюду. ПАВ используется в повседневном быту, производстве благ, добыче полезных ископаемых. В связи с этим потребность в ПАВ очень высока, что ведет к росту производств по получению ПАВ. Только за последние 50 лет мировое производство ПАВ подскочило с нескольких сотен тысяч тонн до 10 млн т в год, и эта тенденция сохраняется. Связано это прежде всего с переходом производств моющих средств с растительных и животных источников на нефтяные в связи с лучшей моющей способностью, а также дешевизной. Однако стоит отметить, что, ПАВ полностью не расходуются в процессе производств и бытовой деятельности человека, что приводит к попаданию данного типа соединений в окружающую среду. Последствия долгосрочного действия ПАВ на окружающую среду почти непредсказуемы из-за их долгого времени разложения, а как следствие способности разнесения молекул ПАВ на огромные расстояния. Одно из опасных последствий действия некоторых ПАВ (например, полифосфатных) на окружающую среду это интенсивный рост растений, что приводит к обеднению кислорода в водоеме, что негативным образом влияет на всю экосистему водоемы и приводит к ее вымиранию. Некоторые другие ПАВ, которые содержат в своем гидрофобном конце ароматические части являются токсичными из-за проникновения ароматической углеводородной части внутрь биологических мембран, что приводит к нарушению как самой структуры мембраны, так и к нарушению обмена веществ. Наиболее подвержены повреждению мембраны эритроцитов, миелиновых оболочек нервов и кишечника. В тоже время все ПАВ способны к пенообразованию, что приводит к размножению некоторых патогенных штаммов микроорганизмов в пене, а следствие к порче воды. Немаловажной проблемой также является то, что, ПАВ способны «помогать» биоконцентрировать патогены (например, ионы тяжелых металлов).
Рис.1 Образование пены на берегу реки.
В связи со всем вышесказанным, дальнейшее изучение ПАВ как загрязнителей окружающей среды, а также разработка и совершенствование методов их анализа и определения, несомненно является важной и актуальной задачей.[1] загрязнитель окружающая среда хроматограмма
Классификация, основные ПАВ, их применение
В настоящее время ПАВ классифицируются в зависимости от диссоциации в водной среде, на основании этого выделяют два вида ПАВ:
· Ионогенные ПАВ - вещества, которые диссоциируют в водных растворах на ионы
· Неионогенные ПАВ - не диссоциируют на ионы.
В свою очередь выделяют подклассификацию как у ионогенных так и неионогенных ПАВ. Ионогенные ПАВ делятся:
· Катионные ПАВ - поверхностная активность обусловлена действием катионов. Практически не обладают моющим действием, однако высокая бактерицидная активность позволяет их использовать в качестве добавок в различных кремах и моющих средствах в дополнение к другим ПАВ. Существуют алифатические (соли аминов), моноциклические (пиридиновые аммониевые соли) и полициклические катионные ПАВ. Доля производства среди ПАВ 12%.
· Анионные ПАВ - поверхностная активность обусловлена действием анионов. Являются наиболее широко производимым типов ПАВ, так как обладают отличным мицеллобразованием . Повсеместно используются как смачиватели, детергенты, пенообразователи. Наибольшее распространение получили ПАВ, содержащие более 10 атомов углерода в алифатической цепи. К анионным ПАВ относятся: мыла, алкилсульфаты, алкилфосфаты, алкилсульфонаты, алкилсульфонаты, алкилфосфосукцинаты.
· Амфотерные ПАВ - поверхностная активность обуславливается действием либо катионов, либо анионов, в зависимости от рН среды. Чаще всего используются совместно с анионными ПАВ, чем улучшают пенообразующую способность последних, тем самым позволяют уменьшить количество используемых анионных ПАВ как самых токсичных. В сочетании с катионными полимерами усиливают положительное действие последних в кремах для кожи и волос. Амфотерные ПАВ имеют наиболее разнообразное строение, что позволяет получать вещества с заданными свойствами. К амфотерным ПАВ относятся: алкиламинокарбоновые кислоты, алкилбетаины (наиболее широко распространённые), производные алкилимидазолов, алкиламиноалкансульфонаты, полимерные амфолитные ПАВ.
Неионогенные ПАВ подразделяются на две категории:
· Алкилполиглюкозиды
· Алкилполиэтоксилаты
Неионогенные ПАВ занимают второе место по производству среди всех ПАВ, уступая только анионным ПАВ, благодаря уникальным свойствам и относительно простому метолу синтеза. К таким свойствам относятся: высокая моющая способность в отсутствие добавок, стойкость в жесткой воде (в отличие от анионных ПАВ, которые теряют ее в таких условиях), не препятствуют другим соединениям в моющей смеси, высокая биоразлагаемость. Применяются в синтетических моющих средствах (СМС), для предотвращения статической электризации синтетических тканей, как эмульгаторы для минеральных масел, как выравниватели при крашении тканей, а также в качестве деэмульгаторов нефтяных эмульсий. К неионогенным ПАВ относят: жирные кислоты, аминоспирты, жирные спирты, жирные меркаптаны.[2]
ПАВ в роли загрязнителей
Среди всего своего обширного разнообразия лишь немногие ПАВ являются безвредными для окружающей среды, немногие в ней разлагаются (например, алкилполиглюкозиды, так как разлагаются до безвредных углеводов). Наиболее уязвимыми для ПАВ являются водоемы, так как изначально ПАВ создавались способными к растворению воде, что привело к высокой проникающей способности в водоемы. Один из самых негативных эффектов на окружающую заключается в том, что молекулы ПАВ понижают поверхностное натяжение естественных водоемов, что приводит к снижению содержания углекислого газа в толще воды. [1] Более того содержание ПАВ даже ниже порогового значения ПДК изменяет поведение некоторых организмов, что приводит к изменению экосистемы в целом. Примером могут служить пресноводные пиявки, которые под воздействием низких концентраций ПАВ утрачивают возможность прикреплятся к своим местам посадки, что приводит к уносу пиявок вместе с течением. Анионные ПАВ замедляют бактериальный гидролиз жиров, белков и углеводов, что приводит к угнетению жизнедеятельности бактерий. ПАВ также способны оседать в почве, на мельчайших частицах земли, пыли, камнях. Было показано, что попадание в почву ПАВ вызывает высвобождение тяжелых металлов из нее, что в свою очередь приводит к увеличению вероятности попадания тяжелых металлов внутрь растений животных и человека. Способность подстегивать биокумуляцию тяжелых металлов и высвобождать эти металлы из пород вызывает серьезные опасения из-за чрезвычайной токсичности последних.[3]
Следует отметить то, что несмотря на токсичность и вредные воздействия на окружающую среду, мировое производство ПАВ набирает обороты стремительными темпами. Так в 2012 году объем рынка ПАВ составил 26.8 миллиардов долларов, в 2016 31 миллиард долларов, а к 2020 ожидается увеличение рынка до 36 миллиардов долларов.
В связи со всем вышесказанным, а также благодаря действиям экологических организаций, появилась необходимость в контроле производств и экологических замерах территорий на предмет загрязнений ПАВ. Однако стоит отметить, что несмотря на это ситуация остается плачевной и необходимо предпринимать новые меры. Ярким примером необходимости введения новых правовых актов может служить Россия, где, во-первых, сами ПДК ПАВ являются завышенными, а во-вторых даже эти ПДК были превышены. Так, например, содержание ПАВ в азовском море было превышено в 1.6 раз, в Японском море в 1.9 раз [Доклад о состоянии окружающей среды]. Тем не менее в РФ ведутся работы в данном направлении, так, например, были приняты программы «Обеспечение населения России питьевой водой», «Возрождение Волги», «Водный кодекс России», в которых определялись нормативы ПДК ПАВ.
ПДК анионных Пав в воде объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования 0.5 мг/л. Стоит отметить, однако, что для некоторых ПАВ это число ниже из-за токсичности, так, например, алкилбензолсульфонат натрия имеет ПДК 0.4 мг/л, а оксиэтилированныйалкилфенол и додецилсульфат натрия 0.1 мг/л. Если же в водоем по каким-либо причинам попадает неизвестное ПАВ, определение концентрации ведут по додецилсульфату, так как он имеет наименьшую ПДК.[4]
Определение ПАВ
Наиболее распространенными методами определения ПАВ в настоящее время являются: метод ВЭЖХ, метод ТСХ, флюориметрия, спектрофотометрия, титриметрия, определение пенообразующих характеристик и определение величины поверхностного натяжения.
В методе ВЭЖХ для определения ПАВ в качестве неподвижной фазы используются силикагели с модифицированными полярными и неполярными группами. В качестве подвижной фазы используется смесь метанол-вода с добавлением некоторых неорганических модификаторов - хлорат натрия и фосфорная кислота. Данная методика позволяет определять приоритетные ПАВ (21) в сложных композиционных смесях.
Рис.2 ВЭЖХ -хроматограммы смесей ПАВ при различных условиях
Метод ТСХ для определения ПАВ не используется индивидуально, чаще всего его применяют совместно с ВЭЖХ, так как он уступает в эффективности разделения методом ВЭЖХ, однако данным методом можно достаточно просто проводить групповой анализ ПАВ с минимальными затратами времени и химических реактивов. По результатам ТСХ делается выбор системы ВЭЖХ. В качестве подвижной фазы используются смеси изопропанола, хлороформа и метанола с добавлением как органических, так и неорганических модификаторов[5].
Рис. 3 ТСХ-хроматограммы различных ПАВ
Флуориметрический метод основан на экстракции из пробы воды хлороформом анионных ПАВ вместе с определенным красителем (акридиновый желтый, акридиновый оранжевый) и определении концентрации анионных ПАВ путем измерения интенсивности полученного экстракта. Регистрация флуоресценции производится в области спектра 500-550 нм, при возбуждении длинами волн 400-480 нм. Необходимо также построение градуировочного графика.
Спектрофотометрический метод основан на образовании в щелочной среде ассоциатов анионных ПАВ с красителем метиленовым синим и экстракцией этих ассоциатов хлороформом с последующей обработкой экстракта кислотой. У полученного экстракта определяют оптическую плотность на спектрофотометре при длине волны 650 нм. Также необходимо построение градуировочногографика.[6]
Метод двухфазного титрования основан на титровании анализируемого анионного ПАВ раствором N-ацетилпиридиния в присутствие индикатора в двухфазной системе вода-хлороформ.[7] Возможна вариация метода, где определение анионного ПАВ в двухфазной системе вода-хлороформ происходит при помощи катионного ПАВ (бензотониум хлорид) в присутствие индикатора, состоящего из смеси катионного красителя -димидиума бромида и анионного красителя - кислотного синего [8].
Метод определения пенообразующих характеристик применим тоже только для анионных ПАВ в технологических жидкостях. Суть метода заключается в интенсивном встряхивании образца с последующим замером высоты столба образовавшейся пенной шапки. Затем происходит измерение времени, за которое высота столба пенной шапки станет 0.1 от первоначальной. Также замеряют время, с момента встряхивания пробы до полного исчезновения пенной шапки. Далее при наличии высоты пенной шапки меньше 0.1 от первоначальной и продолжительности ее жизни не менее 10 секунд делают вывод о присутствии в образце анионных ПАВ.[9]
Метод определения поверхностного натяжения заключается в приблизительной оценке ККМ. Суть метода - измерение поверхностного натяжения серии растворов ПАВ с концентрациями выше и ниже ККМ, с последующим построением графика зависимости поверхностного натяжения от логарифма концентрации ПАВ. По этому графику затем возможно определение содержания ПАВ в образце[10].
Из всех вышеперечисленных методов наиболее универсальным является метод совместного использования ВЭЖХ и ТСХ, так как позволяет определять ПАВ в независимости от их принадлежности к определенному классу. Однако данный метод требует наличия дорогостоящего оборудования и не всегда пригоден для определения на месте. Некоторые другие методы, например, метод определения пенообразующих свойств, не требуют сколь-либо сложного оборудования, однако не пригодны для определения точной концентрации, а также для определения всех видов ПАВ.
Вывод
В связи со стремительным ростом производства ПАВ и их серьезным негативным влиянием на окружающую среду и здоровье человека, определение ПАВ в различных объектах несомненно является актуальной задачей. Многие страны в том числе и РФ приняли множество правовых актов (например, установление ПДК), регулирующих оборот ПАВ. Была проделана огромная работа по разработке и внедрению методов исследования на предмет содержания ПАВ, а также их контролю, однако не все существующие методы полностью удовлетворяют современным реалиям.
Список литературы
1. Паршикова Т. В. Поверхностно-активные вещества как фактор регуляции развития водорослей //Киев: Фитосоциоцентр. - 2004.
2. Плетнев М. Ю. и др. Поверхностно-активные вещества и композиции //М.: ООО «Фирма Клавель. - 2002
3. Остроумов С. А. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы. - М. : МАКС Пресс, 2001
4. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», п. 3.4.3
5. Лобачев А. Л., Колотвин А. А. Идентификация и количественное определение приоритетных анионных поверхностно-активных веществ в моющих средствах методами ТСХ и ВЭЖХ //Сорбционные и хроматографические процессы. - 2006. - Т. 6. - №. 1. - С. 89-98
6. ГОСТ Р 51211-98
7. ГОСТ 308828-2002
8. ГОСТ 28954-91
9. ГОСТ 23409.26-78
10. ГОСТ 29232-91
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методы отбора проб, область действия стандарта. Общие требования к подготовке реактивов и посуды к колориметрическим методам определения цинка, свинца и серебра. Суть плюмбонового метода определения свинца, дитизоновый метод определения цинка и серебра.
методичка [29,9 K], добавлен 12.10.2009Химическая характеристика хлорид-иона, особенности его реакционной способности и степень вреда для окружающей среды. Наиболее частые пути попадания хлорид-иона в атмосферу, почву и воду, основные методы его определения и химической нейтрализации.
курсовая работа [597,1 K], добавлен 13.10.2009Описание процесса определения концентрации растворенного кислорода химическим методом Винклера. Точность метода Винклера, возможные ошибки, нижняя граница определения. Мешающее действие редокс-активных примесей: железо, нитриты, органические вещества.
отчет по практике [16,8 K], добавлен 15.01.2009Определение понятий "паста", "структура". Коагуляционная структура паст, ее свойства. Методы получения паст и методы разрушения их структуры. Классификация эмульсий, их агрегативная устойчивость. Пены. Классификация суспензий, их отличительные признаки.
реферат [31,3 K], добавлен 22.01.2009Методы определения железа в почвах: атомно-абсорбционный и комплексонометрический. Соотношение групп соединений железа в различных почвах. Методики определения подвижных форм железа с помощью роданида аммония. Эталонные растворы для проведения анализа.
контрольная работа [400,1 K], добавлен 08.12.2010Классификация углей. Ускоренный метод определения внешней влаги, влаги воздушно-сухого топлива и аналитической пробы. Обработка результатов. Методы определения зольности и выхода летучих веществ. Основы техники безопасности в проборазделочной комнате.
отчет по практике [163,4 K], добавлен 04.01.2013Контроль качества пищевых продуктов как основная задача аналитической химии. Особенности применения атомно-абсорбционного метода определения свинца в кофе. Химические свойства свинца, его физиологическая роль. Пробоподготовка, методики определения свинца.
курсовая работа [195,2 K], добавлен 25.11.2014Растительность болот и классификация торфа в заказнике. Метод определения органических веществ окситермография. Реагенты, вспомогательное оборудование. Методика определения влажности и зольности, элементного состава торфа, органического углерода мха.
курсовая работа [472,5 K], добавлен 25.05.2016Возникновение и развитие катализа, его роль и значение, сферы использования. Факторы, определяющие скорость химического превращения. Методы определения активности катализаторов в определенном каталитическом процессе, их преимущества и недостатки.
реферат [1,6 M], добавлен 14.04.2011Молекулярная масса (ММ) как одна из характеристик полимеров, ее виды и методы определения. Молекулярно-массовое распределение полимеров. Методы осмометрический, ультрацентрифугирования, светорассеяния и вискозиметрии. Определение ММ по концевым группам.
курсовая работа [852,9 K], добавлен 16.10.2011Свойства палладия, его поведение в хлоридных средах. Разработка оптимального метода анализа металла, с учетом доступности реагентов, селективности и высокой воспроизводимости результатов. Гравиметрические и фотометрические методы определения палладия.
дипломная работа [166,0 K], добавлен 24.02.2012Обзор методов качественного и количественного определения нитрит-ионов. Характеристика и особенности разнообразия методов определения нитрит-ионов. Метрологические особенности и погрешности тест-методов. Тестовое хемосорбционное определение нитрит-иона.
курсовая работа [91,9 K], добавлен 30.10.2009Характеристика скорости осаждения частиц. Описание метода раздельного осаждения частиц. Особенности зонально-скоростного ультрацентрифугирования. Достоинства и недостатки метода. Применение метода равновесного ультрацентрифугирования, подбор среды.
лабораторная работа [47,6 K], добавлен 11.12.2009Ознакомление с основными теоретическими аспектами понятия "рефрактометрия". Исследование принципов работы рефрактометров. Описание метода определения содержания растворимых сухих веществ рефрактометром в фруктовых и овощных соках (ГОСТ Р 51433-99).
курсовая работа [385,5 K], добавлен 07.09.2015Использование газохроматографического метода для определения содержания токсичных микропримесей, метилового спирта, сивушного масла, уксусного альдегида и эфиров. Анализ градуировочной смеси, полученной на хроматографе. Разделение микропримесей в водке.
презентация [82,0 K], добавлен 24.05.2015Характеристика воды как важнейшей составляющей среды нашего обитания. Исследование ее общей карбонатной жесткости и окисляемости методами нейтрализации и перманганатометрии. Применение метода йодометрии для определения содержания остаточного хлора в воде.
курсовая работа [60,3 K], добавлен 05.02.2012Представление линейно поляризованного света как результата наложения двух когерентных составных частей с круговой поляризацией. Удельное вращение и закон Био. Мешающие факторы при поляриметрических измерениях. Определение опитической активности.
реферат [195,1 K], добавлен 09.12.2014Методы определения плутония в объектах окружающей среды. Расчет доли и концентрации форм состояния гидролизующихся лигандов в растворе во всем диапазоне рН. Определение возможности образования истинных коллоидов гидроксида плутонила в растворе.
курсовая работа [459,4 K], добавлен 02.12.2014Характеристика, классификация и химические основы тест-систем. Средства и приёмы анализа различных объектов окружающей среды с использованием тест-систем. Определение ионов кобальта колориметрическим методом из растворов, концентрации ионов меди.
дипломная работа [304,6 K], добавлен 30.05.2007Токсическое действие фенола и формальдегида на живые организмы, методы их качественного определения. Количественное определение фенола в пробах природных вод. Метод для определения минимальных концентраций обнаружения органических токсикантов в воде.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 20.05.2013
